กล้องโทรทรรศน์ดูดวงอาทิตย์ชนิด ไฮโดรเจน-อัลฟา

Share

กล้องโทรทรรศน์ดูดวงอาทิตย์ชนิดไฮโดรเจน-อัลฟา ขนาด 70 มม. ได้ถูกออกแบบให้ทุกชิ้นส่วนติดกันอย่างแน่นหนา  ไม่สามารถถอด  หรือแยกชิ้นส่วนออกจากกันได้ยกเว้นเลนส์ตา กล้องดังกล่าวสามารถติดตั้งและเคลื่อนย้ายได้ง่ายจึงเหมาะสำหรับทั้งมือสมัครเล่น และผู้อยู่ในขั้นเริ่มต้น  นอกจากนี้ยังมีความปลอดภัยสูง ดังนั้น นักเรียนและเด็กๆก็สามารถใช้กล้องดังกล่าวสังเกตการณ์ดวงอาทิตย์ได้  แต่ทั้งนี้ก็ต้องอยู่ในความดูแลของครู อาจารย์ หรือผู้ปกครองด้วย

1. ส่วนประกอบสำคัญ

     1.1 Clamshell Mounting Rings เป็นวงแหวน 2 ชิ้นประกอบกัน  สามารถต่อเข้ากับขาตั้งกล้องถ่ายภาพมาตรฐานทั่วไปที่มีความแข็งแรงมั่นคงในการติดตั้ง

     1.2 Sol Ranger Sun finder เป็นกล้องขนาดเล็กที่ติดด้านบนสุดของ Clamshell Mounting Rings ใช้สำหรับหาตำแหน่งดวงอาทิตย์  เนื่องจากเราไม่สามารถมองดูดวงอาทิตย์ได้โดยตรงขณะที่ตั้งกล้องโทรทรรศน์ดังกล่าว  จึงต้องอาศัยเงา หรือแสงจากดวงอาทิตย์ที่ผ่านช่องของ Sol Ranger Sun finder แทน  ถ้าเราเห็นเงาบนฉากรับภาพ ปรากฏว่ากลมและคมชัด หรือเห็นแสงสีขาวเล็กกลมปรากฏบนฉาก แสดงว่ากล้องชี้ตรงดวงอาทิตย์แล้ว และเราสามารถเห็นดวงอาทิตย์จาก eyepieces ของกล้องได้ทันที

     1.3 Blocking Filter เป็นชิ้นส่วนที่ต่อกับ Draw Tube โดยมีช่องสำหรับวาง eyepieces หรือเลนส์ตา  และสามารถถ่ายภาพจากช่องดังกล่าวได้ การดูดวงอาทิตย์ในเบื้องต้นควรใช้เลนส์ตาที่มีกำลังขยายต่ำสุดก่อน เช่น 25-30 มิลลิเมตร  เพื่อทำให้หาตำแหน่งของดวงอาทิตย์ได้โดยง่าย

     1.4 Draw Tube เป็นท่อที่ต่ออยู่ระหว่าง blocking filter กับ helical focuser ใช้สำหรับปรับเลื่อนเพื่อหาตำแหน่งคมชัดของภาพในเบื้องต้น ซึ่งชิ้นส่วนดังกล่าวจะติดถาวรและไม่สามารถถอดออกจากตัวกล้องโทรทรรศน์ได้

     1.5 Helical Focuser ใช้สำหรับปรับหมุนเพื่อหาตำแหน่งคมชัดของภาพอย่างละเอียด แต่จะใช้เมื่อใส่เลนส์ตาเข้ากับกล้องโทรทรรศน์แล้ว

 

รูปที่ 1 แสดงลักษณะภายนอกของกล้องโทรทรรศน์ SolarMax 70 H-alpha

(ที่มา: http://www. coronadofilters.com)

 

รูปที่ 2 แสดงส่วนประกอบของกล้องโทรทรรศน์ SolarMax 70 H-alpha

(ที่มา: http://www. coronadofilters.com)

 

2. คุณลักษณะสำคัญ

     2.1 มีช่องรับแสงขนาด 70 มิลลิเมตร

     2.2 ความยาวโฟกัสของเลนส์วัตถุ 400 มิลลิเมตร

     2.3 F-ratio 5.7 

     2.4 Bandwidth < 0.8 A0 (1 อังสตรอม (A0) = 0.1 นาโนเมตร)

 

3. f-ratio (focal ratio, f-number)

     f-ratio ของกล้องโทรทรรศน์ คือ ค่าอัตราส่วนระหว่างความยาวโฟกัสกับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์ใกล้วัตถุ  ค่า f-ratio จะบ่งบอกถึงขนาดพื้นที่ที่เห็นหรือมุมรับภาพ และความไวแสงของเลนส์  ตัวอย่างเช่น  กล้องโทรทรรศน์ SOAR 4 เมตร มีค่า f-ratio เท่ากับ 16 (f/16) จะมีความยาวโฟกัส 64 เมตร กับกล้องโทรทรรศน์ LSST 8.4 เมตร ความยาวโฟกัส 10.08 เมตร จะมีค่า f-ratio เท่ากับ 1.2 (f/1.2)  เมื่อเปรียบเทียบระหว่าง f/16 กับ f/1.2 จะได้ว่า f/1.2 มีมุมภาพกว้างกว่าและไวแสงกว่า ดังนั้น กล้องโทรทรรศน์ SolarMax 70 H-alpha ซึ่งมี f/5.7 แสดงว่ามีมุมภาพแคบและความไวแสงต่ำ

 

 

 

 

f-ratio(N)=f/Dalpha

 

 

 

D = เส้นผ่านศูนย์กลางเลนส์วัตถุ

F = ความยาวโฟกัสเลนส์วัตถุ

N = ค่า f-ratio

รูปที่ 3 แสดงการหาค่า f-ratio (ที่มาhttp://en.wikipedia.org)

 

 

4. H-alpha

     ไฮโดรเจน-อัลฟา (H-alpha) เป็นเส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนที่ความยาวคลื่น 656.28 นาโนเมตร (สีแดง) เมื่อเราพิจารณาจากแบบจำลองอะตอมของบอร์ (Bohr)  ที่กำหนดระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในอะตอมด้วยเลขควอนตัมหลัก n = 1, 2, 3, …  อิเล็กตรอนสามารถเปลี่ยนระดับพลังงานจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งได้  เช่น เปลี่ยนจาก n ≥ 3 ไปที่ n=2 เรียกว่า อนุกรมบัลเมอร์ (Balmer series) และในอนุกรมดังกล่าวยังแบ่งได้อีกเป็น

     n=3 ไปที่ n=2  เรียกว่า Balmer- alpha หรือ H-alpha (ไฮโดรเจน-อัลฟา)

     n=4 ไปที่ n=2  เรียกว่า Balmer- beta หรือ H-beta (ไฮโดรเจน-เบต้า)

     n=5 ไปที่ n=2  เรียกว่า Balmer- gamma หรือ H-gamma (ไฮโดรเจน-แกมมา)

 

รูปที่ 4 แสดงการเกิดเส้นสเปกตรัมไฮโดรเจน-อัลฟา

(ที่มา: http://en.wikipedia.org)

 

     ดังนั้น เส้นสเปกตรัมไฮโดรเจน-อัลฟา จะเกิดขึ้นได้เมื่ออะตอมไฮโดรเจนที่อยู่สถานะกระตุ้นปลดปล่อยพลังงานออกมา (emission) โดยอิเล็กตรอนเปลี่ยนระดับพลังงานจาก n=3 ไปที่ n=2

 

รูปที่ 5 แสดงเส้นสเปกตรัมเปล่งสีแดง (ขวามือสุด) คือ ไฮโดรเจน-อัลฟา

(ที่มา: http://en.wikipedia.org)

 

5. H-alpha Filters

     แผ่นกรองแสงไฮโดรเจน-อัลฟา ได้รับการออกแบบให้สามารถเลือกเฉพาะความยาวคลื่นของไฮโดรเจนที่ 656.28 นาโนเมตร (1 นาโนเมตร= 10-9 เมตร) ทำให้สามารถศึกษาบรรยากาศชั้นโครโมสเฟียร์ของดวงอาทิตย์ได้  ในกล้องดูดวงอาทิตย์ไฮโดรเจน-อัลฟาโดยทั่วไปนั้นจะมีแผ่นกรองแสงไฮโดรเจน-อัลฟาอยู่ 2 ตำแหน่ง ตำแหน่งแรก คือ ที่บริเวณหน้ากล้องโทรทรรศน์ใกล้เลนส์วัตถุ  ส่วนอีกตำแหน่งจะอยู่ที่บริเวณปรับโฟกัส (focusing tube) ใกล้เลนส์ตา นอกจากนี้ยังมีแผ่นกรองแสงที่คัดกรองเอาบางช่วงคลื่น (energy rejection filter) โดยมีความกว้างของ passband น้อยกว่า 0.1 นาโนเมตร  ซึ่งช่วยป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดจากแสงอาทิตย์ไม่ให้เข้าสู่ตัวกล้อง  ทำให้มีเฉพาะแสงในช่วงความยาวคลื่นของไฮโดรเจน-อัลฟาเท่านั้นที่ผ่านแผ่นกรองแสงนี้ได้  เราจึงสามารถมองเห็นรายละเอียดของพื้นผิวดวงอาทิตย์ได้ชัดเจน

 

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

มาตรฐานความปลอดภัย (%)

SolarMax 70 H-alpha telescope (%)

ช่วงอัลตราไวโอเลต

<0.001

<0.00001

ช่วงแสง

<0.005

<0.0001

ช่วงอินฟราเรดใกล้

<0.1

<0.001

ช่วงอินฟราเรดไกล

<0.5

<0.001

 

6. โครงสร้างของดวงอาทิตย์

 

1. Core

2. Radiative zone

3. Convective zone

4. Photosphere

5. Chromosphere

6. Corona

7. Sunspot

8. Granules

9. Prominence

รูปที่ 6 แสดงโครงสร้างของดวงอาทิตย์ (ที่มา: http://en.wikipedia.org)

 

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

     1. http://www. coronadofilters.com

     2. http://en.wikipedia.org

 

เรียบเรียงโดย  ทวิจรัส สาโรชสกุลชัย

สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)